過去,城市河道治理往往偏重于水利灌溉、排水泄洪,護岸硬化、渠化現(xiàn)象嚴重,加上兩岸居民生活污水、垃圾的排入,導(dǎo)致很多河道變成臭水溝,水生物無法生存,生態(tài)系統(tǒng)遭到極大破壞。在日益嚴峻的環(huán)境危機中,城市的建設(shè)者們開始尋找一條有效的生態(tài)化解決方案,以解決鋼筋混凝土叢林中人與自然隔絕的現(xiàn)象,創(chuàng)造一個水清岸綠、蟲叫蛙鳴、人與自然和諧生存的水岸環(huán)境。
生態(tài)恢復(fù)是一個系統(tǒng)工程,河道的生態(tài)化治理措施應(yīng)該是多方面、全方位的,而這些措施圍繞的核心就是如何進行生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù),這就對設(shè)計者提出了新的挑戰(zhàn)。每一個設(shè)計元素都應(yīng)該為生態(tài)恢復(fù)創(chuàng)造有利條件,從而形成生態(tài)化河道,即通過人工物化,使治理后的河道能夠貼近自然原生態(tài),體現(xiàn)人與自然和諧共處,逐步形成草木豐茂、生物多樣、自然野趣、水質(zhì)改善、物種種群相互依存,并能達到有自我凈化、自我修復(fù)能力的水利工程。所以,設(shè)計者應(yīng)該多利用自然的抗干擾、自我修復(fù)能力來處理人與自然的關(guān)系,而不是大量采用人工結(jié)構(gòu)和形式來取代自然,這是生態(tài)設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計方法的區(qū)別。
1河道線型設(shè)計
河道線型設(shè)計即河道總體平面的設(shè)計。由于城市用地緊缺,河道濱水地帶不斷被侵占,水面越來越少,河寬越修越窄,但是為了泄洪的需要,要保證過水斷面,只好將河道取直、河床挖深,這樣對駁坎的強度要求就逐步提高,建設(shè)費用逐漸加大,而生態(tài)功能逐漸衰退,河道基本成為泄洪渠道,這與可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略相悖。而生態(tài)化治理需要退地還河,恢復(fù)濱水地帶,拆除原先視覺單調(diào)、生硬、熱島效應(yīng)明顯的渠道護岸,盡量恢復(fù)河道的天然形態(tài),宜彎則彎,寬窄結(jié)合,避免線型直線化。
自然蜿蜒的河道和濱水地帶為各種生物創(chuàng)造了適宜的生境,是生命多樣性的景觀基礎(chǔ)。河灣、凹岸處可以為生物提供繁殖的場所,洪峰來臨時還可以將其作為避難場所,為生物的生命的繁衍增加濕地、河灣、淺灘、深潭、沙洲等半自然化的人工形態(tài),既增添了自然美感,又可以利用河流形態(tài)的多樣性來改善生境的多樣性,從而改善生物群落的多樣性。相對于直線化的渠道,自然曲折的河岸設(shè)計更能夠提高水中含氧量,增加曝氣量,因此也更有利于改善生物的生存環(huán)境。
從工程的角度看,自然曲折的河道線型能夠緩解洪峰,削減流水能量,控制流速,所以也減少了流水對下游護岸的沖刷,對沿線護岸起到保護作用。退地還河、濱水地帶的恢復(fù),使得城市建設(shè)設(shè)計人員在河道斷面的設(shè)計上留有選擇的余地,不需要采用高強度的結(jié)構(gòu)形式對河濱建筑進行保護。順應(yīng)河勢,因河制宜,無疑在工程經(jīng)濟性方面也是較為有利的。
2河道斷面設(shè)計
河道斷面的選擇除了要考慮河道的主導(dǎo)功能、土地利用情況之外,還應(yīng)結(jié)合河岸生態(tài)景觀,體現(xiàn)親水性,盡量為水陸生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性創(chuàng)造條件。
傳統(tǒng)的矩形斷面河道既要滿足枯水期蓄水的要求,又要滿足洪水期泄洪的要求,往往采用高駁坎的形式,這樣就導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)隔離,兩棲動物無法躍上高駁坎,生物群落的繁殖受到人為的阻隔。梯形斷面的河道在斷面形式上解決了水陸生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性問題,但是親水性較差,陡坡斷面對于生物的生長仍有一定的阻礙,而且不利于景觀的布置,而緩坡斷面又受到建設(shè)用地的限制。復(fù)式斷面在常水位以下部分可以采用矩形或者梯形斷面,在常水位以上部分可以設(shè)置緩坡或者二級護岸,在枯水期流量小的時候,水流歸主河道,洪水期流量大,允許洪水漫灘,過水斷面陡然變大,所以復(fù)式斷面既解決了常水位時親水性的要求,又滿足了洪水位時泄洪的要求,為濱水區(qū)的景觀設(shè)計提供了空間,而且由于降低了駁坎護岸高度,結(jié)構(gòu)抗力減小,護岸結(jié)構(gòu)不需要采用漿砌塊石、混凝土等剛性結(jié)構(gòu),可以采取一些低強度的柔性護岸形式。人類活動較少的區(qū)域,在滿足河道功能的前提下,應(yīng)減少人工治理的痕跡,盡量保持天然河道面貌,使原有的生態(tài)系統(tǒng)不被破壞。所以在河道斷面的選擇上,應(yīng)盡可能保持天然河道斷面,在保持天然河道斷面有困難時,按復(fù)式斷面、梯形斷面、矩形斷面的順序進行選擇。
然而在河道治理的過程中,也應(yīng)該避免斷面的單一化。不同的過水斷面能使水流速度產(chǎn)生變化,增加曝氣作用,從而加大水體中的含氧量。多樣化的河道斷面有利于產(chǎn)生多樣化的生態(tài)景觀,進而形成多樣化的生物群落。例如在淺灘的生境中,光熱條件優(yōu)越,適于形成濕地,以供鳥類、兩棲動物和昆蟲棲息。積水洼地中,魚類和各類軟體動物豐富,它們是肉食性候鳥的食物來源,鳥糞和魚類肥土又能促進水生植物生長,水生植物又是植食鳥類的食物,從而形成了有利于鳥類生長的食物鏈。深潭的生境中,由于水溫、陽光輻射、食物和含氧量隨水深變化,所以容易形成水生物群落的分層現(xiàn)象。
3河道護岸形式
傳統(tǒng)的河道護岸在材質(zhì)方面大多數(shù)采用混凝土及漿砌塊石等硬質(zhì)材料,整個護岸形成一個封閉的體系,猶如給河道穿上了一層盔甲,但只考慮了河道的安全性,卻忽視了對河流環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)及其他動植物與微生物生存環(huán)境的影響;不僅阻礙了水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng),連動植物、微生物的整體生物鏈都被阻斷;地下水與河水也不能及時的溝通,水循環(huán)過程被隔斷,河道變成了只進不出的封閉水體,從而有悖于城市的生態(tài)化建設(shè)。
在建設(shè)生態(tài)河道的過程中,河道護岸是否符合生態(tài)的要求,是否能夠提供動植物生長繁殖的場所,是否具有自我修復(fù)能力,是設(shè)計者應(yīng)該著重考慮的事情。生態(tài)護岸應(yīng)該是通過使用植物或植物與土工材料的結(jié)合,具備一定的結(jié)構(gòu)強度,能減輕坡面及坡腳的不穩(wěn)定性和侵蝕,同時能夠?qū)崿F(xiàn)多種生物的共生與繁殖、具有自我修復(fù)能力、具有凈化功能、可自由呼吸的水工結(jié)構(gòu)。
目前很多設(shè)計者提出了一些有效的護岸設(shè)計方法,如土工格柵邊坡加固技術(shù)、干砌護坡技術(shù)、利用植物根系加固邊坡的技術(shù)、滲水混凝土技術(shù)、石籠、生態(tài)袋、生態(tài)砌塊等。這些結(jié)構(gòu)的共同點:一是具有較大的孔隙率,護岸上能夠生長植物,可以為生物提供棲息場所,并且可以借助植物的作用來增加堤岸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;二是地下水與河水能夠自由溝通,能夠?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)、養(yǎng)分、能量的交流,促進水汽的循環(huán);三是造價較低,不需要長期的維護管理,具有自我修復(fù)的能力;四是護岸材料柔性化,適應(yīng)曲折的河岸線型。但是生態(tài)護岸也有一些局限性,選用的材料及建造方法不同,堤岸的防護能力相差很大,所以要根據(jù)不同的坡面形式,選擇不同的結(jié)構(gòu)形式。坡面較緩的河段,可以選擇生態(tài)砌塊、土工格柵等柔性結(jié)構(gòu),而坡面較陡的河段,可以選擇干砌塊石、石籠、滲水混凝土等半柔性的結(jié)構(gòu);生態(tài)護岸建造初期強度普遍較低,需要有一定時間的養(yǎng)護,以便植物的生長,否則會影響到以后防護作用的發(fā)揮;施工有一定的季節(jié)限制,常限于植物休眠的季節(jié)。
俗話說“蝦有蝦徑、蟹有蟹路”,各種生物都有自身獨特的生活習(xí)性,而不同的生態(tài)護岸結(jié)構(gòu)形式能夠滿足不同的生物生長繁殖需求,例如石材類護岸可以提供螺螄、螃蟹等生物的寄居攀附,自然邊坡及土工格柵護岸可以提供泥鰍等軟體動物生長,淺灘地段適宜浮游生物的繁殖,深潭區(qū)域適宜魚類活動,所以在駁岸形式上,要根據(jù)地形地貌、原始的植被綠化情況,選擇多種護岸形式,為各種生物創(chuàng)造適宜的生長環(huán)境,體現(xiàn)生命多樣性的設(shè)計構(gòu)思,這樣既可以保持豐富多樣的河岸形式,延續(xù)原始的水際邊緣效應(yīng),又給各種生物提供了生長的環(huán)境、遷徙的走廊,容易形成完整的生物群落。
4植物配置設(shè)計
植物根系可固著土壤,提高土壤持水性,增加土壤的有機質(zhì)含量,既改善土壤的結(jié)構(gòu)與性能,增加抗侵蝕能力和抗沖刷能力,起到固土護岸的作用,又能提高河岸土壤肥力,改善生態(tài)環(huán)境。而且隨著時間的推移,植物不斷生長,這些作用將會不斷加強。
植物枝葉可截留雨水,過濾地表徑流,水邊植物的枝葉能抵消波浪的能量,從而起到保護堤岸、凈化水質(zhì)、涵養(yǎng)水源的作用。豐富的植物群落,也為動物、水生物提供產(chǎn)卵場與棲息地。
植物還具有凈化水質(zhì)的作用,污水中的氮磷等物質(zhì)被植物吸收,能夠轉(zhuǎn)化為生長所需要的營養(yǎng)成分,變廢為寶,從而實現(xiàn)“污”“水”分離,降低河道富營養(yǎng)化水平。研究人員對生態(tài)化治理的河道進行監(jiān)測發(fā)現(xiàn),nh4+、tp、codmn和sd指標都明顯降低,水體質(zhì)量得到顯著提高。
根據(jù)生長條件的不同,河道植物分為常水位以下的水生植物、河坡植物、河灘植物和洪水位以上的河堤植物。在選擇植物的時候,不僅要達到豐富多彩的景觀效果,層次感分明,給人以賞心悅目的視覺享受,而且要具有良好的生態(tài)效果,根據(jù)水位和功能的不同,選擇適宜該水位生長的植物,并達到一定的功能。在常水位線以下且水流平緩的地方,應(yīng)多種植生態(tài)美觀的水生植物,其功能主要是凈化水質(zhì),為水生動物提供棲食和活動場所,美化水面,根據(jù)河道特點選擇合適的沉水植物、浮水植物、挺水植物,并按其生態(tài)習(xí)性科學(xué)地配置,實行混合種植和塊狀種植相結(jié)合;常水位至洪水位的區(qū)域是河道水土保持的重點,其上植物的功能有固堤、保土和美化河岸作用,河坡部分以濕生植物為主,河灘部分選擇能耐短時間水淹的植物,河道植物的配置應(yīng)考慮群落化,物種間應(yīng)生態(tài)位互補,上下有層次,左右相連接,根系深淺相錯落,以多年生草本和灌木為主體,在不影響行洪排澇的前提下,可種植少量喬木樹種。洪水位以上是河道水土保持植物綠化的亮點,是河道景觀營造的主要區(qū)段,群落的構(gòu)建應(yīng)選擇以當?shù)啬茏匀恍纬善志坝^的樹種為主,物種應(yīng)豐富多彩、類型多樣,可適當增加常綠植物比例,以彌補洪水位以下植物群落景觀在冬季蕭條的缺陷。這樣,水生植物與河邊的灌喬木呼應(yīng)配合,就形成了有層次的植物生態(tài)景觀。
在植物種類的選擇上,要盡量選擇適宜本地區(qū)氣候環(huán)境的物種,同時不造成外來物種入侵,植物生長后構(gòu)成的景觀層要分明。水際邊緣地帶要選擇抗逆性好、管理粗放、植物根系發(fā)達、固土能力強的植物,比如香根草、百喜草等。人工污染較嚴重的河段或者郊區(qū)無污水管網(wǎng)的河段,要選擇環(huán)保效果好,能有效地消除氮磷、油污、有毒化學(xué)物質(zhì)的植物種類,以達到生態(tài)治河的目的,比如伊樂藻、苦草、狐尾藻、金魚藻、浮萍、美人蕉等。有關(guān)研究表明,沉水植物比浮水、挺水植物更能有效去除污染物。有種植槽或濕地的地方,可以根據(jù)水生植物適應(yīng)水深的情況,配置多種水生植物,重構(gòu)水生植物、魚類、鳥類、兩棲類、昆蟲類動物的良好棲息場所,比如蘆葦、荷花等。
綜上所述,生態(tài)河道的設(shè)計需要各方面因素的配合,設(shè)計者要拓寬思路,結(jié)合生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、水利學(xué)的知識,相互補充,才能形成一套有效的設(shè)計方法。
河道的生態(tài)化治理是一個可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)工程,要通過設(shè)計、施工、養(yǎng)護等一系列措施模擬一個生物生長的適宜環(huán)境,為各類水生、陸生和兩棲類動物、植物以及微生物提供棲息、繁衍和避難的場所,并且,除采取工程和植被措施外,還必須有選擇的放養(yǎng)水生動物及微生物,恢復(fù)生物的多樣性,重建生物系統(tǒng)的生態(tài)鏈。（質(zhì)量技術(shù)部供稿）
來源于：土木論壇